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公開番号2025012422
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023115248
出願日2023-07-13
発明の名称熱交換器
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類F28F 13/02 20060101AFI20250117BHJP(熱交換一般)
要約【課題】ドライアウトを抑制し、発熱部品の冷却効率を向上することの可能な熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器1は、筐体10と、冷媒が流れる冷媒流路20を備える。筐体10は、発熱部品2と一体または別部材として構成され、発熱部品2が設けられる側の過熱外壁面11、および、発熱部品2とは反対側の非過熱外壁面12を有する。冷媒流路20は、筐体10の内側で発熱部品2および過熱外壁面11と非過熱外壁面12との間に形成され、過熱流路部21および非過熱流路部22を有する。過熱流路部21は、発熱部品2と冷媒流路20との距離D1が非過熱外壁面12と冷媒流路20との距離D2よりも近い流路である。非過熱流路部22は、発熱部品2と冷媒流路20との距離D3が非過熱外壁面12と冷媒流路20との距離D4よりも遠い流路部である。冷媒流路20は、過熱流路部21と非過熱流路部22とが交互に配置される蛇行流路となっている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
発熱部品（２）と冷媒との熱交換を行う熱交換器であって、
前記発熱部品と一体または別部材で構成され、前記発熱部品が設けられる側の過熱外壁面（１１）、および、前記発熱部品とは反対側の非過熱外壁面（１２）を有する筐体（１０）と、
前記筐体の内側で前記発熱部品および前記過熱外壁面と前記非過熱外壁面との間に形成され、冷媒が流れる冷媒流路（２０）と、を備え、
前記冷媒流路は、前記発熱部品と前記冷媒流路との距離（Ｄ１）が前記非過熱外壁面と前記冷媒流路との距離（Ｄ２）よりも近い過熱流路部（２１）、および、前記発熱部品と前記冷媒流路との距離（Ｄ３）が前記非過熱外壁面と前記冷媒流路との距離（Ｄ４）よりも遠い非過熱流路部（２２）を有し、前記過熱流路部と前記非過熱流路部とが交互に配置される蛇行流路となっている、熱交換器。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
前記冷媒流路は、前記熱流路部と前記非過熱流路部とを連通する連通路部（２３）を有し、前記過熱流路部と前記非過熱流路部とは前記連通路部を経由して交互に配置されている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記冷媒流路は、前記過熱流路部と前記非過熱流路部とが交互に配置されて並ぶ方向に対し、前記過熱流路部の流路中心線と前記非過熱流路部の流路中心線とが斜めに配置された螺旋流路となっている、請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記冷媒流路は、複数の前記螺旋流路を有しており、
複数の前記螺旋流路のうち第１螺旋流路（２１０）は、第１過熱流路部（２１１）と第１非過熱流路部（２１２）とを有し、
複数の前記螺旋流路のうち第２螺旋流路（２２０）は、第２過熱流路部（２２１）と第２非過熱流路部（２２２）とを有し、
前記第１螺旋流路と前記第２螺旋流路とは、前記第１過熱流路部と前記第２過熱流路部とが交互に配置され、前記第１非過熱流路部と前記第２非過熱流路部とが交互に配置されるように設けられている、請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記冷媒流路は、前記冷媒流路のうち任意の部位と別の任意の部位とをショートカットするように接続するバイパス流路（２５）を有する、請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記バイパス流路は、隣接する前記過熱流路部同士を接続する、請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記バイパス流路は、前記発熱部品に対し、前記過熱外壁面と前記非過熱外壁面とが向き合う方向の位置に設けられている、請求項５に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記過熱流路部の流路断面積（α）は、前記非過熱流路部の流路断面積（β）よりも小さい、請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記冷媒流路の内側に設けられ、冷媒の流れに渦を発生させる渦発生体（２６）をさらに備える、請求項１または２に記載の熱交換器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、発熱部品と冷媒との熱交換を行う熱交換器に関するものである。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の熱交換器は、筐体の外壁に設けられる発熱部品としての半導体素子と、筐体の内側に形成された冷媒流路を流れる冷媒との熱交換を行うものである。この熱交換器が備える冷媒流路は、筐体のうち発熱部品が設けられる外壁面の面内方向に蛇行する流路と、その蛇行する流路の壁の一部を切り欠いて形成されたバイパス流路を有している。これにより、この熱交換器は、冷媒の流れを乱流にすることで、発熱部品から冷媒への熱伝達率を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２０／０７８６４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の熱交換器は、筐体のうち発熱部品が設けられる外壁面と、冷媒流路のうち発熱部品側を向く内壁面との距離が、全ての箇所において一定となっている。そのため、冷媒流路のうち発熱部品側を向く内壁面が、冷媒が沸騰して形成された気泡により覆われるといったドライアウトが発生すると、その内壁面と冷媒との熱伝達率が低下し、発熱部品の冷却効率が低下する恐れがある。
【０００５】
なお、ドライアウトを防ぐため、熱交換器に供給する冷媒の流量を増やすことが考えられる。しかし、冷媒の流量を増やすと、冷媒流路を流れる冷媒の圧力損失が増大するといった問題が生じる。また、冷媒の流量の増加に伴う圧力損失の増大を抑制するため冷媒流路の流路断面積を大きくすると、熱交換器の体格が大型化するといった問題が生じる。
【０００６】
本開示は上記点に鑑みて、ドライアウトを抑制し、発熱部品の冷却効率を向上することの可能な熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の１つの観点によると、発熱部品（２）と冷媒との熱交換を行う熱交換器は、
発熱部品と一体または別部材で構成され、発熱部品が設けられる側の過熱外壁面（１１）、および、発熱部品とは反対側の非過熱外壁面（１２）を有する筐体（１０）と、
筐体の内側で発熱部品および過熱外壁面と非過熱外壁面との間に形成され、冷媒が流れる冷媒流路（２０）と、を備え、
冷媒流路は、発熱部品と冷媒流路との距離（Ｄ１）が非過熱外壁面と冷媒流路との距離（Ｄ２）よりも近い過熱流路部（２１）、および、発熱部品と冷媒流路との距離（Ｄ３）が非過熱外壁面と冷媒流路との距離（Ｄ４）よりも遠い非過熱流路部（２２）を有し、過熱流路部と非過熱流路部とが交互に配置される蛇行流路となっている。
【０００８】
これによれば、冷媒流路を蛇行流路にすることで、冷媒の流れに旋回流が形成される。そのため、過熱流路部で冷媒の沸騰により生じた気泡を、その旋回流により過熱流路部の内壁面から離脱させ、冷媒の流れとともに非過熱流路部に向けて流すことで、気泡を過熱外壁面から遠ざけることが可能である。さらに、過熱流路部から非過熱流路部へ向かう流れの中、および、非過熱流路部の流れの中で旋回流により液相冷媒と気泡を撹拌し、気泡の凝縮を促進することが可能である。したがって、この熱交換器は、過熱流路部の内壁面が気泡に覆われるといったドライアウトの発生を防ぎ、過熱流路部の内壁面に液リッチな冷媒を供給することで内壁面から冷媒への熱伝達率を向上し、発熱部品の冷却効率を向上できる。よって、この熱交換器は、高温かつ高熱流束の条件下で使用できる。
なお、「過熱流路部と非過熱流路部とが交互に配置される」とは、過熱流路部と非過熱流路部とが直接接続されることに加え、過熱流路部と非過熱流路部とが他の流路を経由して接続されることを含んでいる。
【０００９】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１実施形態に係る熱交換器が用いられる沸騰冷却システムの概略構成図である。
第１実施形態に係る熱交換器の断面図である。
図２のＩIＩ部分の拡大図である。
図３のＩＶ部分の拡大図である。
図４のＶ―Ｖ線の断面図である。
第２実施形態に係る熱交換器において筐体内の冷媒流路を透視した平面図である。
図６のＶＩＩ方向において筐体内の冷媒流路を透視した側面図である。
第２実施形態に係る熱交換器が備える冷媒流路のみを示す斜視図である。
第３実施形態に係る熱交換器において筐体内の冷媒流路を透視した平面図である。
図９のＸ方向において筐体内の冷媒流路を透視した側面図である。
第４実施形態に係る熱交換器において筐体内の冷媒流路を透視した平面図である。
図１１のＸＩＩ方向において筐体内の冷媒流路を透視した側面図である。
第４実施形態に係る熱交換器が備える冷媒流路のみを示す斜視図である。
第５実施形態に係る熱交換器において筐体内の冷媒流路を透視した平面図である。
図１４のＸＶ方向において筐体内の冷媒流路を透視した側面図である。
第６実施形態に係る熱交換器において筐体内の冷媒流路を透視した平面図である。
図１６のＸＶＩＩ方向において筐体内の冷媒流路を透視した側面図である。
渦発生体の一例を示す斜視図である。
渦発生体の別の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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